10~100V升降压直流斩波实验装置

1、业大学电力电子技术课程设计（论文）题目 10100V升降压直流斩波实验装置院（系）：电气工程学院专业班级: 学 号: 学生姓名:（签字）指导教师: 起止时间:本科生课程设计（论文） II课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气学生姓名专业班级课程设计10100V升降压直流斩波实验装置课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能为了电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、 观察升降压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压压斩波的 相关理论知识。设计任务1、方案的经济技术论证。2、整流电路设计。3、通过计算选择整流器件的 具体型号。4、斩

2、波电路设计。5、驱动电路设计或选择。6、绘制相关电路图。要求1、文字在4000字左右。2、文中的理论分析与计算要正确。3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：单相220乂 2、前级整流输出电压限制在 50V以内。3、斩波 输出电流最大值2A。4、负载：纯电阻。5、斩波输出直流电压在10100V左右 可调。第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：整流 电路设计；第5天：斩波电路设计；第6天：驱动电路设计；第7天：元器件具 体选择；第8天：在实验室调试；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩平时:总成绩:论文质量:答辩:指导教师签字:注：成

3、绩：平时20% 论文质量60% 答辩20%以百分制计算&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） 10100V升降压直流斩波实验装置是一种将固定电压的交流电能转变为电 压可调的直流电能的高效节能电力电子装置。自晶闸管问世以来，直流斩波器已 经在工业部门的很多领域获得了成功的应用。尽管如此，适合电力电子课程实验 教学需要的直流斩波装置却不多见。为了满足教学需要，我们研制了10100V升降压直流斩波实验装置。此装置运用了整流电路，驱动电路和斩波电路三大部 分，可将单相220V交流电源变换成10至100V不等的直流电，并在示波器中给 予显示。可让学生客观的了解电力变换的形式，更加强了学生的动手动脑能力。关

4、键词：晶闸管；整流电路；斩波电路；占空比 a第1章绪论1.1电力电子技术概况1.2本文设计内容第2章10100V升降压直流斩波实验装置电路设计2.12210100V升降压直流斩波实验装置总体设计方案具体电路设计2.2.1主电路设计 22.2.2整流电路设计错误！未定义书签。2.2.3驱动电路设计 错误！未定义书签。2.2.4升降压电路的设计错误！未定义书签。元器件型号选择92.3.1整流电路的参数计算 92.3.2升降压斩波电路的参数计算 10系统调试或仿真、数据分析 1122.32.414第3章课程设计总结参考文献15本科生课程设计（论文） &啜Z V我哮本科生课程设计（论文） 第1章绪论1

5、.1电力电子技术概况所谓电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电子技术包括信息电子 技术和信息电子技术和电力电子技术两大分支。具体的说，电力电子技术就是使 用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。目前所用电力电子器件均由半导 体制成。电力电子技术所变换的“电力”，功率可以大到数百兆瓦甚至吉瓦，也可 以小至数瓦甚至毫瓦级。信息电子技术主要用于信息处理，而电力电子技术则主 要用于电力变换，这是二者本质上的不同。电力变换的技术称为变流技术。电力变换通常可分为四大类，即交流变直流（AC-DC）,直流变交流（DC-AC ），直流变直流（DC-DC）和交流变交流（AC-AC ）。 交流变直流称为整流

6、，直流变交流称为逆变。交流变交流可以是电压或电力的变 换，称作交流电力控制，也可以是频率或相数的变换。直流变直流是指一种电压（或电流）的直流变为另一种电压（或电流）的直流，可用直流斩波电路实现。电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新技术。可以预见，在 21 世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。以计算机为核心的信息科学将是21世纪起主导作用的科学技术之一，这是毫无疑问的。有人预言，电力电子技术和 运动控制一起，将和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。由此可见， 电力电子技术在21世纪中将会起着十分重要的作用，有着十分光明的未来。1.2本文设计内容本文设计题目为10100V升降压

7、直流斩波实验装置，其功能实现是为了 电力电子技术课程的教学实验，设计此装置，使学生通过该装置测试、观察升降 压直流斩波电路的各个参数及波形，应用此装置可验证升降压压斩波的相关理论 知识，使同学可以更好的学习电力电子技术这门课程。本课题给出的参数是：1、交流电源：单相220V。2、前级整流输出电压限制 在50V以内。3、斩波输出电流最大值2A。4、负载：纯电阻。5、斩波输出直流 电压在10100V左右可调。第2章10100V升降压直流斩波实验装置电路设计2.1 10100V升降压直流斩波实验装置总体设计方案10100V升降压直流斩波实验装置是应用于实验室的装备，应满足便于操 作，安全系数高等特点

8、。其电源为单相220V交流电，所以需通过整流电路将其变 换为直流电后，再通过斩波电路调节其电压，实验装置中还需加入驱动电路，并 进行元器件的选择，绘制出合理的电路图，最终在实验室进行调试并更正。交流整流电路驱动电路1斩波电路V/图2.1总电路图直流2.2具体电路设计2.2.1主电路设计构成此实验装置的总电路图大概分为三大部分，分别为整流电路、斩波电 路和驱动电路。依次将交流电源变为直流电能，再将直流电通过斩波电路进 行升降压的选择，使输出直流电压为 10100V可调。交流直流1=?图2.2总电路图4 R诊攵尊本科生课程设计（论文）0 4 R个攵尊本科生课程设计（论文） 222整流电路整流电路尤

9、其是单相桥式可控整流电路是电力电子技术中最为重要，也是应 用最为广泛的电路。不仅应用于工业，也广泛应用于交通运输，电力系统，通信 系统，能源系统等其他领域。本实验装置采用单相桥式全控整流电路（所接负载 为纯电阻负载）。在单项桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成一对桥臂，VT2和VT3 组 成另一对桥臂。在u2正半周（即a点电位高于b点电位），若4个晶闸 管均不导 通，负载电流id为零，ud也为零，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1 和VT4的漏电 阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角a处给VT1和VT4加 触发脉冲，VT1、VT4即导通，电流从a端经VT1、R、VT4流回电源b

10、端。当 u2为零时，流经晶闸管 的电流也降到零，VT1和VT4关断。在u2负半周，仍在触发延迟角a处触发VT2和VT3（ VT2和VT3的a =0 处为3 t= n ）, VT2和VT3导通，电流从电源的b端流出，经VT3、R VT2流回电源a端。到u2过零时，电流又降为零，VT2和VT3关断。此后又是VT1和yT4导通。如 此循环工作下去。晶闸管承受的最大正向电压和反向电压分别为乡 U2和V2 U2。整流电压平均值为1 沢厂1 + cos aU d = jJ2U 2sinBtd gt) =0.9U2jIa向负载输出的直流电流平均值为 Ud|d=UR流过晶闸管的电流平均值为|dvTT/2| d

11、题目中要求前级整流输出电压限制在 50V以内，输入电压U1为220V，则输入电 压U2最大为55V，变压器匝数比N1:N2=4:1。本科生课程设计（论文） 222驱动电路设计叽sum图2.5驱动电路及SG3525引脚1：误差放大器反向输入端。&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） 引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚引脚2:误差放大器同相输入端。3:振荡器外接同步信号输入端。4:5:6:7:8:9:振荡器输出端。振荡器定时电容接入端。 振荡器定时电阻接入端。 振荡器放电端。软启动电容接入端。PWM信号输入端。10:外部关断信号输入端。11:输出端A12:信号地13:输出级偏置

12、电压接入端14:输出端B15:偏置电源接入端16:基准电源输出端SG3525芯片特点如下：工作电压范围 8-35V。5.1V微调基准电源振荡器频率工作范围1.2.3.100Hz-500kHz。4.5.6.7.8.具有振荡器外部同步功能 死区时间可调。内置软启动电路。具有输入欠电压锁定功能。具有PWM锁存功能禁止多脉冲。 逐个脉冲关断。9. 双路输出 灌电流/拉电流Ma（峰值）其11和14脚输出两个等幅、等频、相位互补、占空比可调的PWM信号。脚&脚7电路共同构成SG3525的振荡器。振荡器还设有外同步输入端（脚3）。脚1及脚2 分别为芯片内部误差放大器的反相输入端、同相输入端。该放大器是一个两

13、级差 分放大器。根据系统的动态、9和脚1之10脚的电压为高电平时 11和14脚的电压变为10输出。本科生课程设计（论文） crIIIII11HIIIII張w 叫扁盘A10 T先闭I)1A.R仃十、一4、III*立rV7II图2.4电路内部主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路（即放大控制电路 的信号使其能够驱动功率晶体管），称为驱动电路。驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为 加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提 供开通控制信号，对全控型器件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号，以保

14、证 器件按要求可靠导通或关断。223升降压电路的设计升降压斩波电路的原理图如图所示。设电路中电感 L值很大，电容C值也很大。 使电感电流iL和电容电压及负载电压uc基本为恒值。1 kOhm图2.5升降压斩波电路本科生课程设计(论文) &啜Z V我哮本科生课程设计(论文) 该电路的基本工作原理是：当可控开关V处于通态时，电源E经V向电感L 供电使其储存能量，此时电流为i1。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负 载R供电。此后，使V关断，电感L中储存的能量向负载释放，电流为i2。可 见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反。T内电感 L两端电压 U对时间的积分为零，即稳态时，一个周期T0

15、ULdt = 0当V处于通态期间,UL = E ；而当V处于断态期间，UL=_Uo。于是E t on U o t o f f所以输出电压为改变占空比a ,输出电压既可比电源电压高，也可以比电源电压低。当ovaD11N4001L11 HC14.7 uFR11 Ohm图2.7仿真电路图通道反向IX.f：a-xsci时闾0.000 11适丄450,225 dVT1 4- -T2壬壬比例 1100 ms/DivX位養 o/r加载b黑A汨!il道p 比例15 V严 位譽 3申c I 05&广il道触握比例|5忡边沿位置 电平M I 0 匱-I 类型保存Ext. Triggerr丁工厂.Ifo 正弦I标確

16、I自动I耳本科生课程设计（论文） IX-SSC1T1 d勺T2T2-T1时间貓1通道A比例I SO比例15VQivK位g OY位胃fo加我 I 3爪 I a/b AC I Qi |&c r时间通道_启ifi道上O.DOO s8.213 V俣存Ext Tr 池 gtrr比例 110 V/Div 位置 OAC I Q I DC - I 芦触撮边沿 hB电平类型”正弦标准自型jr d1图2.9占空比为76.6%&啜Z V我哮本科生课程设计（论文） 10100V升降压直流斩波实验装置电路主要分为三个部分， 分别为整流电路 模块，驱动电路模块，斩波电路模块。整流电路:是电力电子电路中出现最早的一种。 它

17、的作用是将交流电源变为直 流电输出。整流电路可分为相位控制整流电路和斩波控制整流电路。本实验装置 应用的是单相桥式全控整流电路。斩波电路：它的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。本 装置应用升降压斩波电路。通过控制占空比来实现电压的升降。实验装置操作简单，安全系数高。此斩波电路中IGBT的驱动信号由集成脉 宽调制控制器SG3525产生，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽 调制器的设计及调试。本装置缺点在于没有考虑电路中电力电子器件的保护，以及控制电路与主电 路的电气隔离。斩波电路在实际应用中需要注意以下问题：系统损耗的问题，栅 极电阻，驱动电路实现过流过压保护的问题。这些问题还需要加以改正和修复。1234789参考文献王兆安主编.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社，2003 黄操军主编.变流技术基础及应用.中国水利水电出版